由稻黄单胞菌稻生致病变种(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)引起的细菌性条斑病(BLS)是水稻(Oryza sativa)生产上的重要病害, 近年来其发病呈快速上升趋势, 特别是在我国南方(包括江苏、浙江、福建和广东等地)稻区危害严重。种植抗病品种是防治BLS最理想的措施, 但目前生产上严重缺乏可用于育种的优异抗病基因资源。通过人工接种鉴定筛选水稻种质资源, 挖掘到2份高抗BLS材料(M1和D1)。多菌株系接种结果表明, M1具有非小种特异性广谱抗病(RNS BSR)特征。经遗传群体分析表明, 栽培稻M1携带单个显性抗BLS新基因Xo-3。通过混池测序和关联分析, 将Xo-3基因初步定位在2号染色体上的一段候选区域内。抗BLS种质资源的挖掘及其抗性遗传基础的解析, 将有助于理解水稻-Xoc互作机理, 从而培育抗BLS水稻新品种和制定科学的防治BLS策略。

叶片直立是决定作物株型、光合效率和产量的重要农艺性状之一。细胞分裂素(CTK)是调控农作物株型、抗逆和产量的重要激素, 但其在水稻(Oryza sativa)叶片直立生长中的作用仍不清晰。该文报道了水稻细胞分裂素氧化酶/脱氢酶9 (OsCKX9)影响叶枕发育并正调控叶夹角。组织学切片显示, osckx9突变体叶夹角的变化是由于叶枕近轴端和远轴端细胞的不对称分裂所致。qRT-PCR检测表明, OsCKX9在叶枕中的表达量较高。激素处理表明, OsCKX9能被tZ、iP、cZ、6-BA和eBL等诱导表达。激素测定显示, osckx9突变体的叶枕处积累了大量的CTK, 且其对eBL的敏感度显著低于野生型。综上, OsCKX9正调控水稻叶夹角, 该研究为解析水稻叶夹角的遗传基础和培育理想株型提供了基因资源。

为深入探究miRNA参与调控香鳞毛蕨(Dryopteris fragrans)生长发育的分子机理, 依据实验室前期建立的miRNA数据库, 筛选出与非生物胁迫相关的差异表达dfr-miR160a前体(dfr-pri-mir160a), 预测其靶基因为DfARF10, 并通过本氏烟草(Nicotiana benthamiana)瞬时共转化GUS以及双荧光素酶(LUC)系统验证dfr-miR160a和DfARF10的靶向关系。结果显示, 共注射dfr-pri-mir160a和DfARF10的本氏烟草叶片中GUS活性和LUC活性明显降低; qRT-PCR分析显示, dfr-miR160a及其靶基因DfARF10在香鳞毛蕨的根、配子体、叶柄、叶片和孢子囊中均有表达, 在叶片中表达量最高, 在根中表达量最低; 通过qRT-PCR分析干旱、盐(NaCl)、高温和低温胁迫对dfr-miR160a及其靶基因DfARF10表达的影响。结果表明, 在干旱和高温处理下, dfr-miR160a的表达均上调, 但在NaCl处理下, dfr-miR160a的表达下调; 低温处理下, dfr-miR160a的表达在0-1小时下调, 在3-48小时上调。在NaCl、高温以及低温处理下DfARF10表达均上调; 但在干旱处理下, DfARF10表达下调, 与dfr-miR160a呈现相反的表达趋势。综上, dfr-miR160a靶向DfARF10基因且二者均能响应非生物胁迫。研究结果为从分子层面揭示香鳞毛蕨非生物胁迫抗性机制提供了新的科学依据。

光敏色素(PHY)作为植物体内重要的红光(R)和远红光(FR)受体, 在调节植物花期、提高作物产量以及调控植物抗逆性方面均具有重要作用。鉴定棉花PHY基因, 探究其驯化和改良的遗传调控网络, 发掘棉花光敏色素关键基因, 为早熟棉花品种的从头驯化和育种提供新见解。以5个拟南芥(Arabidopsis thaliana)光敏色素基因作为种子序列, 利用生物信息学方法, 对不同棉种中的PHY基因进行全基因组系统鉴定。系统发育分析表明, 锦葵科植物中的PHY基因包括PHYA、PHYB、PHYC与PHYE四个亚家族。PHY基因在陆地棉(Gossypium hirsutum)不同群体间的驯化选择分析结果表明, PHY基因的驯化过程可分为早期驯化和后期遗传改良2个阶段。对陆地棉野生种和栽培品种在长、短日照下的转录组分析显示, GhPHYA1Dt和GhPHYB1Dt在长、短日照下的表达差异显著; 在长日照处理14小时后, 栽培品种GhPHYC1At和GHPHYE1At的表达量显著低于野生种。研究结果为进一步揭示棉花PHY基因的驯化选择和功能机制奠定了基础, 为棉花早熟新品种选育和从头驯化提供了理论依据。

为探究钾营养介导下的油菜(Brassica napus)叶片生长对叶际微生物群落的影响, 利用田间试验, 设置0、30和180 kg K₂O∙hm^-2 3个钾肥用量, 分别定义为K0 (钾缺乏)、K30 (钾不足)和K180 (钾充足) 3个钾营养水平。在苗期, 分别选取典型叶片测定其表型参数, 并利用16S-RNA基因高通量测序测定油菜叶际微生物群落组成。结果表明, 不同钾肥用量显著影响油菜叶片的钾含量, 与K0相比, K30和K180处理钾含量分别提高66.7%和158.3%。不同钾营养状况下, 油菜叶片结构和组分存在明显差异, 叶片钾含量与叶面积及叶片可溶性糖、蔗糖、果糖和淀粉的含量呈显著正相关, 而与叶片气孔密度呈显著负相关。钾肥施用显著影响油菜叶际微生物的多样性, 与K0处理相比, 施钾处理叶际微生物群落多样性指数显著升高, 而K30和K180处理间无明显差异, 但在群落的β多样性中, K30处理表现出更大的离散性。缺钾增加了油菜叶际变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度, 使得黄单胞菌科(Xanthomonadaceae)细菌显著富集。施用钾肥后细菌共现网络变简单, 但促进了高丰度物种与其它物种的相互作用。通过联合分析油菜叶表型性状与叶际细菌群落, 发现叶片糖组分(可溶性糖、蔗糖、果糖和淀粉)、干物质重以及叶面积是影响叶际细菌群落以及优势物种的关键因素。综上表明, 施钾影响油菜叶片的物质组成, 调控油菜叶际微生物群落结构, 充足的钾营造的叶片微生物组“稳态”可能是钾营养增强作物生物胁迫抗性的潜在途径。

生漆是一种重要的天然涂料, 具有耐热、耐腐蚀和抗酸等优良特性, 已广泛应用于各领域。揭示漆树(Toxicodendron vernicifluum)生长过程中生漆代谢物的变化规律是充分挖掘其应用潜力的关键。利用广泛靶向代谢组学技术, 通过主成分分析、正交偏最小二乘法判别分析和聚类热图分析等方法, 对不同发育阶段(基于割漆时间)漆树的韧皮部汁液进行分析, 探讨不同时期漆树生漆中代谢物的差异和变化规律。结果显示, 在不同时期生漆中共鉴定出529种代谢物, 包括黄酮类、酚酸类、生物碱、鞣质、糖和醇类及脂质等13类。多元统计分析表明, 第II、III、IV和V期生漆的代谢特征相似, 且与第I期存在较大差异。对不同发育时期生漆代谢物进行比较分析, 鉴定出92种共同差异代谢物, 其中黄酮类化合物主要积累于第I期生漆中, 而氨基酸及其衍生物、糖和醇类在后期生漆中含量较高。研究结果为全面了解不同时期漆树生漆的代谢特征提供了依据, 对漆树资源的开发利用具有重要意义。

土壤缺钾严重降低了我国马铃薯(Solanum tuberosum)的产量。而不同品种马铃薯对低钾的响应差异较大。因此, 采用耐低钾马铃薯品种可通过提高钾素利用效率减少钾肥施用量, 成为我国农业可持续发展和绿色发展的重要途径。该研究对30个马铃薯品种在正常钾处理(202.5 kg∙hm^-2 K₂O)和低钾处理(0 kg∙hm^-2 K₂O)下的17个指标进行测定, 并对9个代表性指标, 包括叶面积指数、根冠比、茎叶干质量、根干质量、单株产量、单株大薯产量、单株小薯产量、块茎干质量和块茎钾积累量进行后续分析。结果表明, 在低钾条件下, 各项指标均有不同程度的下降。主成分分析表明, 这9个指标可转换为4个独立的综合指标, 累计贡献率达87.1%。根据综合评价值(D值)和聚类分析, 将30个品种分为6类, 其中第1类为高度耐低钾品种, 包括Lucinda、Favorita、Kexin1、Xisen6、Xingjia2、Helan15和Chuanyin2, 第2类为中度耐低钾品种, 包括Longshu20、Dingshu3、Jizhang12(W)、Jiuen1、Longshu19和Jizhang12(Y)。此外还建立了耐低钾性评价回归模型Y= -0.595+0.247X₅+0.155X₄+0.138X₃+0.167X₈+0.088X₁+0.081X₆+0.097X₉+0.053X₂ (R²=0.999, P=0.000), 利用回归方程对30个品种的估计精度均在90%以上。在低钾条件下, 可利用单株产量、根干质量、茎叶干质量、块茎干质量、叶面积指数、单株大薯产量、块茎钾积累量和根冠比快速鉴定耐低钾马铃薯品种。

建立高效的大豆(Glycine max)转基因毛状根嵌合植株体系对于推动大豆功能基因组学研究具有重要意义。该研究利用3种大豆基因型材料比较了不同共培养条件下毛状根诱导率及成活率。结果显示, 用发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)侵染外植体并在黑暗条件下共培养1天是诱导毛状根形成的有效策略。研究发现清除下胚轴处不定根可显著增加毛状根的数目并促进根系生长, 进而提高转基因毛状根的阳性率。毛状根诱导14天接种根瘤菌, 可增强生长初期转基因毛状根与根瘤菌的接触, 从而提高大豆的结瘤效率。该研究成功建立了一种高效培育大豆转基因毛状根嵌合植株的方法, 可广泛应用于大豆基因功能研究。

以赤苍藤(Erythropalum scandens)带芽点的半木质化枝条为材料建立赤苍藤组培快繁体系, 研究外植体灭菌条件, 通过正交实验, 设计不同植物生长调节剂组合对赤苍藤愈伤组织诱导、愈伤组织分化、生根壮苗及移栽驯化的影响。结果表明, 赤苍藤外植体消毒最佳方法是以体积浓度为75%乙醇浸泡60秒后, 再以质量浓度为0.1% HgCl₂消毒10分钟, 成功率为48.89%; 叶片愈伤组织诱导的最佳培养基为MS+0.5 mg·L^-1 6-BA+1.0 mg·L^-1 2,4-D+1.0 mg·L^-1 IBA, 培养30天, 诱导率达71.11%, 且绿色紧密; 茎段诱导愈伤组织的最佳培养基为MS+1.0 mg·L^-1 6-BA+0.5 mg·L^-1 2,4-D+1.0 mg·L^-1 IBA, 培养30天, 诱导率为70.00%, 且绿色紧密; 诱导愈伤组织增殖以及分化的最佳培养基为MS+2.0 mg·L^-1 6-BA+0.5 mg·L^-1 TDZ+1.0 mg·L^-1 IBA, 芽分化率达98.89%, 增殖系数为3.33; 生根最佳培养基为MS+1.5 mg·L^-1 6-BA+0.5 mg·L^-1 IBA, 生根率为100%, 平均生根数为2.2条; 生根苗在小颗粒泥炭土中成活率达88.89%。该研究建立了赤苍藤组培快繁体系, 为赤苍藤优质种苗生产奠定了良好基础。

胁迫相关蛋白(SAPs)是一类具有A20/AN1锌指结构域的蛋白, 在植物逆境胁迫应答中发挥调控作用。目前, 已有较多研究阐明了SAPs在植物响应各种胁迫中的功能, 但尚未见对其作用机制的系统总结。该文简要概述植物SAPs的结构特征及分类, 重点阐述其作用机制, 并总结了其对逆境响应的研究进展, 以期增进人们对植物SAPs的认识, 为深入研究提供参考。

由于植物无法逃离逆境, 因此进化出高度灵敏而精确的适应机制以应对自然环境中的各种非生物胁迫。当植物局部组织或器官受到非生物胁迫时, 通过细胞间信号传递产生系统性反应, 使其整体产生对该胁迫的适应性(即系统获得性适应)。目前, 大量研究阐明了植物系统获得性适应中细胞间信号传递分子(主要包括活性氧信号、钙信号、电信号、植物激素、磷脂酰肌醇和pH信号)、类受体蛋白激酶以及其它蛋白激酶在系统性信号传递中的作用。该文综述了非生物胁迫引发植物系统获得性适应中细胞间信号传递的研究进展, 分析了不同信号之间的可能关系, 以期为相关研究提供参考。

植物产生的次生代谢产物为人类提供了丰富的药物、香料和工业原料。随着分子生物学和基因组学研究的快速发展, 目前已解析了多种植物的次生代谢产物生物合成基因簇(BGCs)。这为我们快速获取目标产物的生物合成通路和发掘新颖的天然产物开辟了新路径。该文重点围绕植物次生代谢产物生物合成基因簇的定义和特点、基本结构模型与演化以及调控机制等进行综述, 以期为相关研究提供理论依据和借鉴。

叶绿体是绿色植物进行光合作用的主要场所, 类囊体是叶绿体中膜结构的主要成分。植物类囊体膜上分布着多种色素蛋白复合物和脂质。其中脂质成分约一半是糖脂质, 主要包括单半乳糖甘油二酯、双半乳糖甘油二酯和硫代异鼠李糖甘油二酯。磷脂在类囊体膜中的占比很小, 主要成分为磷脂酰甘油。光合作用相关的大多数色素蛋白复合物都镶嵌在排列规则的极性脂上, 这些膜脂对植物光合作用和生长发育至关重要。深入了解原核/真核生物类囊体膜中主要脂质的结构、功能及其生物合成, 有助于阐明光合作用光能及物质转化的调控机理, 为植物类囊体膜脂研究提供理论依据。